Многоканальный коррелятор Советский патент 1981 года по МПК G06F17/15 

(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОРРЕЛЯТОР

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для определения взаимных и автокорреляционных функций случайных процессов, представленных частотно-модулированными сигналами. Известно устройство для вычислен взаимных и автокорреляционных функций случайных процессов, содержащее блоки задержки, блоки умножения, счетчики логических элементов, гене ратор импульсов, предназначенное дл обработки непрерывных сигналов посл их преобразования в код 1. Однако известный коррелятор не может обрабатывать частотно-модулированные импульсные сигналы. Наиболее близкимiпо технической сущности является коррелятор, содержащий генератор импульсов, блок стро .бирования - коррекции,регисты сдвига логические блоки умножения в виде элементов И и ИЛИ и интегрирующие блоки-счетчики 2. вэтом корреляторе оценка корреля ционной функции вычисляется как сред нее по времени значение проиэвдёний чисел импульсов на одинаковых времен ных интервалах, длительность которых равна периоду им льсной последовательности генёрйТора импульсов. Вследствие эффекта квантования, который проявляется при счете импульсов, полученная оценка смещена по отношению к корреляционной функции исследуемых сигналов. Величина смешения определяется соотношением между величиной интервалов счета и минимальным периоде частотно-модулированного сигнала и достигает своего максимального значения при нулевом значении аргумента корреляционной функции. Соотношение между величиной интервалов счета и минимальным периодом частотно-модулированного сигнала выбрано таким образом, что интервалы счета могут быть меньше, либо равными минимальному периоду частотно-модулированного сигнала. При таком соотно(аении величина оценки для нулевого значения аргумента корреляционной функции может в два и более раз превышать истннное значение корреляционной функции . Цель изобретения - повышение точности коррелятора. .Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный коррелятор, содержащий первый блок задержки, перВЫЙ и второй выходы каждой ячейки которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго, а так же третьего и четвертого элеменtoB И каждого канала, вторые входы второго и третьего элементов И и вто рые входы первого и четвертого элементов И каждого какмла подключены соответственно к первому и второму выходам второго блока задержки, управляющий вход которого соединен с зь1ходом, генератора импульсов, а информационный вход соединен с выходом переключателя, входы которого являются соответственно первым ц вторым входами коррелятора, первый вход коTopoi-o соединен со входом блока стробирования, второй вход которого под™ ключен.к выходу генератора импульсов а выход соединен с информационными входами первого блока задержки, выходы nepBoi-o и третьего элементов И в каждом канале соединены с входами первого, элемента ИЛИ, а выходы второ го и четвертого элементов И подключены к входам второго элемента ИЛИ, вых-оды элементов ИЛИ в «аждом канале соединены соответственно со входами сложения и вычитания реверсивного счетчика,, введен делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен с управляющими входами ячеек первого блока задержки.

Повышение точности в предлагаемом устройстве достигнуто благодаря использованию неодинаковых интервалов счета импульсов. Первый из этих интервалов равен периоду импульсной последовательности с выхода генератора импульсов, второй - периоду импульсной последовательности с выхода делителя частоты.

На фиг, 1 изображена блок-схема, предлагаемого коррелятора; на фиг.5 нормализованные кривые зависимости смещения оценки функции корреляции, возникающего вследствие квантования при счете импульсов, от расстояния между серединами интервалов счета; на фиг. -3 - расчетные значения оценок экспоненциальной функции корреляции, полученные при одинаковых и неодинаковых интервалах счета и представлены результаты моделирования,

Коррелятор содержит генератор 1 импульсовJ. блок 2 стробирования коррекции, ячейки двухлинейного регистр 3 сдвига, логические элементы И 4, логические элементы ИЛИ 5, реверсивные счетчики б, двухлинейный блок 7 задержки, делитель 8 частоты следования импульсов, преключатель 9,

На.вход блока 2 коррекции подается двухполярный частотно-модулированный сигнал, а на его управляющий вход - сигнал с выхода генератора импульсов. Блок 2 коррекции форми|рует двоичные последовательности таким образом, чтобы каждый импульс частотно-модулированного сигнала был заменен ближайшим последующим импульсом генератора 1 импульсов. Ине формация с выхода блока стробирования коррекции записывается в первые ячейки двухлинейного регистра 3 сдвига 1мпульсом с выхода делителя 8 , , При этом осуществляется стробирование

двоичной последовательности с выхода

блока 2 импульсами с выхода делителя 8 и задержки на двухлинейном регистре сдвига 3 полученных сигналов. При вычислении автокорреляционной функции переключатель 9 устанавливается в верхнее положение и на вход блока 7 задержки, обе линии которого имеют одинаковое время задержки, подается этот же двухполярный частотно-модулированный сигнал.При вычислении взаимокорреляцлонной функции преключатель 9 устанавливается в нижнее положение и на вход блока 7 задержки подается второй двухполярный частотно-модулированный сигнал.

5 рлок 7 задержки позволяет получить первую ординату корреляционной функции, так как компенсирует задержку, возникающую при записи в первые ячейки регистра 3 сдвига.Логические элеQ менты И 4 и ИЛИ 5 выполняют роль ключей. С их помощью вычисляется произведение числа импульсов,накопленных на интервале, равном периоду импульсной последовательности генератора 1 им пульсов, и числа импульсов, накопленных на интервале, длительность которого равна периоду импульсной последовательности с выхода делителя 8. При этом вычисление произведения сводится к подключению выхода блока

0 7 задержки к шине сложения или вычитания реверсивных счетчиков б в зависимости от содержания ячеек регистра 3 сдвига на время, равное периоду импульсной последовательности

5 делителя 8, Полученные произведения накапливаются в реверсивных счетчиках.

При использовании однополярных o частотно-модулированных сигналов

вместо двухлинейного регистра 3 сдви- га используется, однолинейный, вместо ,реверсивных счетчиков б используются нереверсивные счетчики, вместо 5 двухлинейного блока 7 задержки используется однолинейный бЛок задержки, а в качестве ключей используется по одному логическому элементу И на каждый канал

Величина смещения оценки функции , корреляции, возникагощего вследствие эффекта квантования при счете импульсов, определяется следующим выраже5 рием и в значитепьной степени зависит от соотношения величин интерватюв счета: -1Л% -aJ7 д.- -rrr- -Do л n-i jj. „ е iFi;:- где D Dj - дисперсия фазы производящего си нала в моменты . времени и соответственно; -корреляционный . момент фазы производящего сигнала в моменты времени и t -расстояние между уровнями, пересе каемыми фазой пр изводящего сигна ла ; -постоянная интег ратора; ч.ч-ч -длительность пер вого интервала счета; -длительность рого интервала с та. Указанное выражение получено для центрированных случайных процессов с нормальным распределением. Следуе отметить, что характер зависимости смещения от аргумента корреляционно .функции сохраняется и для процессов имеющих отличное от нуля математичес кое ожидание, а также для.процессов имеющих закон распределения, отличный от нормального. На фиг. 2 кривые 1 и 2 представляют зависимость смещения, постррен ного согласно (1) и нормализованного по Ь-, h,, от аргумента корреляционной функции Т для случаев одинаковых и неодинаковых интервалов счёта Кривой 1 изображена зависимость для случая одинаковых интервалов счёТа при значении относительного шага квантования Ъ- г Д х сперсия входного случайного процесса, равном ..З. Это значение относительного шага квантования COOT ветствует случаю, когда период t t, импульсной последовательности с выхо да генератора 1 импульсов равен минимальному периоду частотно-модулированного сигнала и отражает свойств известного коррелятора (при этом Кривой 2 изображена зависимость нормализованного смещения для случая неодинаковых интер- валов счета, при этом t4,,, а t4,2 3 tgnf соответствует и i fbjfl. Длительность интервала t выбирается, как и у известного равной минимальному периоду частотно-модулированного сигнала. Как видно из фиг. 2, использование неодинаковых интервалов счета позволяет получить почти несмещенные вследствие зффёкта квантования при с.чете импульсов значения первой ординаты функции корреляции увеличивая t это :мещение можно сделать сколь угодно малым. Применение делителя частоты следования импульсов 8, включенного между выходом генератора 1 импульсов и управляющим входом регистра 3 сдвига, стало возможным благодаря обнаруженной зависимости величины смещения вследствие эффекта квантования при счете импульсов от соотношения между величинами интервалов счета. Применение предлагаемого устройства в аппаратуре для статистических исследований при летных испытаниях, а также в информационно-измерителвных системах с частотно-импульсным пpeдcтaвлeниe 5 информации позволяет повысить точность измерений. Формула изобретения Многоканальный коррелятор,содержащий первый блок задержки, первый и второй выходы каждой ячейки которого соединены соответственно с первыми входами первого,второго,третьего и четвертого элементов И каждого канала, вторые входы второго и третьего элементов И и вторые входы первого и четвертого элементов И подключены соответственно к первому и второму выходам второго блока задержки, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а информационный вход соединен с выходом переключателя, входы которого являются соответственно первым и в торым входами коррелятора, первый вход которого соединен со входом блока стробирования, второй вход которого подключен к выходу генера трЕ.а им- пульсов, а выход соединен с информационными входами первого блока задержки, выходы первого и третьего элементов И в каждом канале соединены с входами первого элемента ИЛИ, а выходы второго и четвертого элементов И подключены к входам второго элемента ЮШ, выходы элементов ИЛИ в кажом канале соединены соответственно со входами сложения и вычитания реверсивного счетчика, отличающийс я тем, что, с целью повышения тон-.. ности обработки частотно-модулированых импульсов сигналов, в коррелятор веден делитель частоты, вход котоого подключен к выходу генератора мпульсов, а выход соединен с управляющими входами ячеек первого блока задержки.

- Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиг1